книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов
..pdfпомещали в кадмиевый экран и, кроме того, кадмиевые фильтры помещали внутрь кассеты. Это позволило прак тически исключить влияние интерферирующейреакции; А12 7 (я, у)А12 8 на определение кремния. Использование этого метода вместо метода с двойным облучением пробы позволяет несколько повысить точность определения и А1 и Si, тем более что представительность проб в данном случае высокая.
Содержание соединений натрия определяют по изо топу, который получается по реакции Na2 3 (M, y ) N a 2 4 на тепловых нейтронах. Облученную пробу, в которой уже определяли содержание алюминия, после 30 мин остыва ния вновь подают на измерение. Пробу измеряют по ин тегральному счету, так как в это время излучение дру гих изотопов практически уже отсутствует.
Использование изотопного источника нейтронов по зволяет вести анализ без эталонирования. Калибровку проводят по образцовым пробам, содержание опреде ляемых элементов в которых известно.
В связи с относительно коротким периодом полурас пада Ро—Ве-источника нейтронов, а также для проверки правильности работы измерительной аппаратуры при бор необходимо калибровать не реже двух раз в месяц. Кроме того, проверку работоспособности измерительной аппаратуры необходимо проводить ежедневно перед началом работы с помощью образцового источника Со6 0 .
В заключение следует отметить, что использование нейтронных источников с выходом нейтронов порядка 107 —5-Ю7 нейтрон/сек позволит повысить точность и чувствительность определения данных элементов и осу ществить анализ ряда других.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Бета- и гамма- спектроскопия. Под ред. К. Зигбана. М., Фил матгиз, 1959.
2.Анализ следов элементов. Материалы симпозиума по анализу следов, проводившегося в Нью-Йорке Академией медицины в
ноябре 1955 г. Под ред. Д ж . |
й о и Г. Коха, Изд-во |
иностр. |
лит., М., 1961. |
|
|
3. Кузнецов Р. А. Активационный |
анализ. М., Атомиздат, |
.1967. |
4.Боуэн Г., Гиббоне Д. Радиоактивационный анализ. М , Атомиз дат, 1968.
5.Методы и применение нейтронноактивационного анализа. Сб. ста тей. Рига, «Зинатне», 1966.
6.Ядернофизические константы для нейтронного активационного анализа. Справочник. М., «Наука», 1969.
7.Ядерная геофизика. М., «Недра», 1962.
8. Филиппов |
В. М. Прикладная ядерная геофизика. М., Изд-во |
АН СССР, |
1963. |
9. Дрынкин В. И., Лейпунская Д. И. Нейтронный активационный анализ образцов горных пород с помощью изотопных нейтрон ных источников. ОНТИ, ВИСМС, 1968.
10.Фоменко В. Т. и др. «Заводск. лаборатория», 1970, № 11.
11.Иванов И. Н. и др. В кн.: «Радиационная техника». Вып. 4. М., Атомиздат, 1970.
12.Лейпунская Д. И. и др. В кн.: «Ядерная геофизика». М., «Недра», 1950, с. 248.
13.Бланкова Т. И. и др. «Геология и геофизика», 1966, № 4, с. 120.
14.«Атомная энергия», 1959, №'3, с. 315.
15.Beress М., GHz. Kozlem., (1966), v. 15, p. 181.
16.Плаксин И. Н., Старчик Л. П. Ядернофизические методы контро ля вещественного состава. М., «Наука», 1966.
17.Якубович А. Л., Ускоренный анализ минерального сырья с при менением сцинтилляционной аппаратуры. М., 1963.
18.Каипов Р. Л., Лейпунская Д. И. В кн.: «Ядерная геофизика». М , «Недра», 1962, с. 77.
19.Полевые ядерно-геофизические методы. М., «Наука», 1966.
20. |
Физика быстрых нейтронов. Т. 1. М., |
Госатомиздат, 1963. |
|
|||||||
21. |
Нейтронноактивационный анализ. Сб. статей. Рига, |
«Зияатне», |
||||||||
|
1966. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22. Туркин |
Б. П. Производственный |
контроль |
содержания |
калия |
в |
|||||
|
различных средах по |
его |
естественной |
активности. |
|
ПНТПО, |
||||
|
тема 21, Р-61-153/16, вып. 16, 1961. |
|
|
|
|
|
||||
23. |
Heimann |
Н. Radionuclide i n |
der |
Automatisierungstechnik, № |
58, |
|||||
|
Berlin, 1968. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24. |
Радиационная техника. |
Вып. |
1, М., Атомиздат, 1967, |
с. 61. |
|
|||||
25. |
Матвеев Л. В. Анализ |
погрешностей |
радиоизотопных |
приборов. |
||||||
|
В кн.: «Радиационная |
техника». Вып. |
5. М., Атомиздат, |
1970. |
|
|||||
11 Зак. 133
Г Л А В А 10
РАДИОИЗОТОПНЫЕ ПРИБОРЫ КАК ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
В последние годы ведется интенсивная разработка повой радиоизотопной техники, предназначенной для ис пользования в промышленности строительных материа лов. По мере появления радиоизотопных приборов и систем для осуществления автоматического контроля тех или иных новых технологических параметров растет объем информации о самом процессе, появляются допол нительные возможности его оптимизации.
С появлением на предприятиях промышленности строительных материалов автоматизированных систем возникает потребность использовать радиоизотопные приборы в качестве датчиков этих систем, тем более что зачастую наиболее значимые технологические параметры с точки зрения автоматического регулирования контро лируемого процесса могут быть измерены только с по мощью радиоизотопной техники.
Естественно, возникает вопрос, могут ли быть исполь зованы в принципе радиоизотопные приборы как датчики для систем автоматического управления, и если да', то каковы их специфические особенности как датчиков.
§ 1. УРАВНЕНИЕ РАДИОИЗОТОПНОГО ДАТЧИКА
Рассмотрим схему прямого усиления, состоящую из детектора излучений и интегрирующей цепи, сигналы с которых подаются на линейный усилитель с коэффициен том усиления /Су . Наличие формирующего элемента пе ред интегрирующей ячейкой в схемах со счетчиками не влияет на ход рассуждений.
Поскольку интенсивность потока излучения, измеря емая радиоизотопным датчиком, функционально связана с измеряемой величиной (плотностью, толщиной и т. д.),
то, следовательно, с изменением этой величины изменя ется среднее значение тока і, протекающего через интегрирующую цепочку я выходное напряжение инте гратора Ывых- Величина и В ы х является мерой оценки зна чения измеряемого параметра.
Интегрирующую цепочку в автоматике классифици руют как инерционное звено. Поскольку именно интег ратор определяет основные свойства радиоизотопного датчика, последний можно рассматривать как инерцион ную систему первого порядка, имеющую передаточную функцию вида
|
W = З а а - = |
К і |
, |
|
( 1 0 . 1 ) |
|
|
"вх |
ТР+1 |
|
|
||
где |
T = RC — постоянная |
времени |
интегратора, |
сек; Р — |
||
оператор дифференцирования; |
Ki |
— коэффициент |
усиле |
|||
ния |
звена. |
|
|
|
|
|
Тогда уравнение рассматриваемого звена можно за |
||||||
писать в операторной форме в следующем виде: |
|
|||||
|
( Г Р + 1 К Ы Х = - # 1 " В Х , |
|
( Ю . 2 ) |
|||
с учетом коэффициента |
усиления |
линейного |
усилителя |
|||
/Су |
это уравнение перепишем: |
|
|
|
|
|
|
(Тр+ |
1Кых |
= К ы в х ) |
|
( 1 0 . 3 ) |
|
ГДЄ |
К=Кх.Ку. |
|
|
|
|
|
|
Напряжение, поступающее на вход интегратора от |
|||||
детектора, можно записать в следующем виде: |
|
|
||||
|
" B x = ^ - - i V c p = ^ - / c p V , |
|
( Ю Л ) |
|||
где с — емкость конденсатора |
интегратора; Aq— |
величи |
||||
на заряда, приносимого на емкость интегратора с каж дым зарегистрированным фотоном или частицей; Nov — средняя частота поступления импульсов на интегратор;
/ср-—средняя частота |
поступления фотонов или |
частиц |
||
на детектор; v — эффективность детектора. |
|
|
||
С учетом выражения (10 . 4) формула |
(10 . 3) |
примет |
||
вид |
|
|
|
|
(TP+l)uam |
= |
K^-vI^ |
|
(10.5.) |
обозначив К — v = Kq |
как коэффициент |
усиления _дат- |
||
с |
|
. . . . . . |
|
|
чика, запишем |
|
|
|
(10-6) |
<?Р + |
1)июх |
= Кя1еГ |
|
|
11* 163
Выражение (10.6) является уравнением радиойзотопИого датчика в операторной форме (1]. От него легко можно перейти к уравнениям датчиков, предназначенных для контроля конкретных параметров (плотность, тол щина и т. д.).
Известно, что
|
|
/ср = 4 , е - ^ , |
|
|
|
(Ю.7) |
|||
где /о — средняя |
частота |
поступления |
фотонов |
|
или |
ча |
|||
стиц на детектор в отсутствие поглощающей среды; |
(х — |
||||||||
массовый коэффициент ослабления |
излучения; |
р — плот |
|||||||
ность поглотителя; d — толщина |
поглотителя. |
|
|
|
|||||
С учетом выражения |
(10.7) |
уравнение (10.6) |
можно |
||||||
записать в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ТР + |
1)ивы^Кд10е-а<> |
|
|
|
(1.0.8) |
||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(TP |
+ |
1)«.Н х = ^ , / о Є - м , |
|
(Ю.9) |
|||||
где а и Ь — постоянные |
величины. |
Выражение |
(10.8) |
||||||
является уравнением |
плотномера, |
а |
формула |
(10.9) — |
|||||
уравнением толщиномера J2]. |
|
|
|
|
|
|
|||
Итак, радиоизотопный датчик, построенный на базе интенсиметра, является апериодическим звеном с пере даточной функцией
W
TP 4- 1
Амплитудно-фазовую частотную характеристаку звена получают, заменив Р на /ю:
w № = t £ t t - |
<10-10> |
Модуль этой функции характеризует амплитудно-ча стотную характеристику звена
А (со) = |
^ |
, |
(10.11) |
YТ2а>* + 1
ааргумент — фазо-частотную характеристику
В = — arctgTco. |
(10.12) |
Необходимо отметить, что поскольку радиоизотопные датчики обладают инерционностью, которой не всегда можно пренебречь, то автоматизировать систему в це-
лом сложнее по сравнению со случаем, когда использу ется безынерционный датчик. В математическом аспекте учет инерционности датчика повышает порядок уравне^ ний, описывающего автоматизированную систему, на единицу.
Большинство систем автоматического регулирования с датчиком мгновенного действия описывается прибли женно уравнениями второго порядка. Для этих систем существуют хорошо отработанные методы выбора типов и расчета параметров регуляторов. Поскольку введение радиоизотопного датчика повышает порядок характери стического уравнения на единицу, то оказалось, что боль шинство автоматизированных систем, управляемых от радиоизотопных датчиков, при учете их инерционности описываются уравнениями третьего порядка, для кото рых не разработаны еще методики инженерного расчета.
Частично эта задача решена в работах [ 1 , 2], к кото рым мы и отсылаем специалистов, работающих в области автоматики, заинтересовавшихся изложенным здесь ма териалом.
§ 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ
РАДИОИЗОТОПНЫХ ДАТЧИКОВ
Рассмотрим два примера использования радиоизотоп ных датчиков для автоматического регулирования техно логических процессов в цементной промышленности.
Современные вращающиеся печи оснащают колос никовыми холодильниками переталкивающего типа. Ка чество работы холодильника во многом определяет ре жим работы печи в целом. Поэтому вопросу автоматиза ции работы холодильника придается большое значение.
Задачи, которые должно решить автоматическое ре гулирование колосникового холодильника, определяются, с одной стороны, его прямым назначением (охлаждение клинкера), а с другой стороны, его ролью подогревателя воздуха для вращающейся печи. В соответствии с этим система автоматического регулирования холодильника должна обеспечить выход клинкера с температурой не выше определенной и не допустить перегрева колосников при одновременной стабилизации температуры и расхода той части выходящего из холодильника воздуха, которая
направляется в качестве вторичного воздуха в печь.
К настоящему времени разработаны и -применяются несколько различных систем автоматического регулиро вания холодильника, использующих самые разнообраз ные регулируемые параметры и регулирующие воздей ствия, основные из них приведены в табл. 10.1 [3].
Регулируемые параметры
Сила тока электродвигателя дутьевого вентилятора холодиль ника
Расход воздуха, поступающе го в холодильник
Температура вторичного возДуха
Температура клинкера на вы ходе из холодильника
|
Температура клинкера на вхо |
||||||
де |
в холодильник |
|
|
|
|||
|
Давление |
в |
подрешеточном |
||||
пространстве |
«горячей» |
камеры |
|||||
|
Давление |
в |
подрешеточном |
||||
пространстве |
«холодной» |
камеры |
|||||
|
Перепад |
давления |
между |
ка |
|||
мерами (под решеткой и над |
ней) |
||||||
|
Расход |
воздуха, |
поступающе |
||||
го |
в «горячую» |
камеру |
|
|
|||
|
Температура |
воздуха |
на |
вы |
|||
ходе из холодильника в |
трубу |
||||||
|
Толщина слоя клинкера на ре |
||||||
шетке |
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 10.1
Регулирующие воздействия
Изменение скорости вращения вентилятора холодильника
Перестановка дроссельной зас лонки в трубопроводе к «холодной» камере
Перестановка дроссельной заслон ки в трубопроводе к «горячей» ка мере
Изменение скорости решеток хо лодильника
Перестановка дроссельной заслон ки в выхлопной трубе холодильника
С помощью ионизирующих излучений можно без осо бого труда контролировать такой параметр, как толщина слоя клинкера на решетке. На заводе фирмы «Мирон» близ Монреаля (Канада) на холодильнике Адлис-Чал- мерс применен регулятор, воздействующий на скорость решетки.
Установка радиоизотопного датчика помогает пра вильно регулировать работу холодильника в том случае, если меняется фракционный состав клинкера. Так, при высоких температурах обжига клинкер делается крупнее и более газопроницаемым. Когда регулируется только величина давления в камере, решетки холодильника
могут работать с перегрузкой. Сочетание автоматическо'
го регулирования аэродинамического режима холодиль ника с контролем толщины слоя дает положительные ре зультаты. Значительную стабилизацию температуры вто
ричного воздуха |
при измерении термопарами достигли |
на холодильниках |
после устройства системы одновремен |
ного регулирования давления воздуха в холодильнике и толщины слоя клинкера на решетке. Содержание кисло
рода в отходящих |
газах печи |
колебалось на ± 0 , 2 % . |
J |
4 |
5 |
Рис. |
10.1. Прибор |
для измерения |
уровня |
клинкера |
на |
||||
|
|
колосниковом |
холодильнике: |
|
|
||||
1— блок |
управления |
источником |
излучения; 2 — контейнер |
с ис |
|||||
точником |
излучения; |
3 |
— рама с |
холодильника: |
4 — слой клин |
||||
кера; |
5 — колосниковые |
решетки; |
б — приемник |
излучения; |
7 — |
||||
усилитель; 8 — регистрирующий |
прибор; |
9 — регулирующее |
уст |
||||||
|
|
ройство; |
|
10 — камера |
холодильника. |
|
|||
Наблюдения показали также, что для стабилизации разрежения у головки печи необходимо одновременно изменять положение шибера вентилятора холодильника и шибера трубы для сброса воздуха в атмосферу.
Прибор для измерения толщины слоя клинкера с по мощью радиоактивных изотопов располагают снаружи холодильника. Коротко принцип его работы заключается в следующем. Помещенный в специальный контейнер (рис. 10.1) источник излучения просвечивает холодиль ник в поперечном направлении. Источник ^-излучения располагают на определенной высоте над решеткой.
С противоположной от контейнера стороны холодиль ника устанавливают приемник излучения. Если уровень клинкера на решетке холодильника превысит заданную, величину и пересечет пучок излучения, то интенсивность"
пучка, попадающего на приемник, соответственно изме нится, что приведет к изменению электрического сигнала, снимаемого с приемника.
Сигнал приемника передается на регистрирующий по тенциометр, который автоматически регулирует скорость продвижения материала на решетке холодильника, со храняя уровень слоя клинкера постоянным [4].
В гл. 5 настоящей работы описана радиоизотопная установка для непрерывного автоматического измерения газопроницаемости слоя клинкера на решетке колос никового холодильника. Так как газопроницаемость — более надежный регулируемый параметр, ^ем высота слоя клинкера, и при разработке систем автоматического регулирования данный прибор можно рекомендовать для использования в качестве датчика.
Другой пример использования радиоизотопного при бора как датчика — система автоматической стабилиза ции толщины слоя обмазки в зоне спекания вращаю щейся цементной печи. В гл. 1 настоящей работы под робно описана радиоизотопная установка контроля со стояния футеровки в зоне спекания вращающейся печи. Имея самостоятельное значение, эта установка исполь зовалась и в качестве датчика системы автоматической стабилизации толщины слоя обмазки.
Внастоящее время в литературе практически отсут ствуют данные о стабилизации обмазки во вращающихся печах с применением специальных автоматических си стем.
ВСССР и за рубежом существуют системы автома тического регулирования процесса обжига клинкера Ї5]. Эти системы лишь косвенно могут влиять на состояние обмазки и не решают вопроса, связанного с автомати ческой стабилизацией ее толщины. Предпринимались многочисленные попытки направленного воздействия на обмазку для удлинения срока службы футеровки, однако высокоэффективных методов до сих пор не разработано.
Одна из основных трудностей |
решения этой |
зада |
|
чи — отсутствие надежного датчика |
состояния обмазки |
||
в связи |
с большой протяженностью |
зон спекания |
совре |
менных |
вращающихся печей. |
|
|
Данные, полученные с помощью установки контроля состояния футеровки (РИФ-1М), свидетельствуют о незначительной инерционности процесса изменения об-
м Ш и при тех или иных отклонениях в режиме работы
печи и свойствах обжигаемого материала. В соответст вии с этим выявляется необходимость относительно бы строй реакции на показания установки РИФ-1М и воз можность использования последней в качестве датчика системы автоматической стабилизации толщины об мазки.
Экспериментально установили, что, зная точное место сверхнормативного уменьшения толщины обмазки, мож но путем соответствующего перемещения форсунки прак тически ликвидировать его. Это является основной предпосылкой создания системы автоматического пере мещения форсунки печи с целью стабилизировать слой обмазки.
Устойчивость обмазки зависит от многих факторов, однако решающий — тепловой режим зоны, регулировкой которого удается хотя бы частично решить задачу авто матической стабилизации слоя обмазки.
Система стабилизации представляет собой релейную схему, работающую по определенной программе. Ко мандный сигнал на запуск схемы поступает от радиоизо топного датчика установки контроля состояния футе ровки.
Принятая к осуществлению программа явилась ре зультатом экспериментальных исследований, проведен ных на печи № 6 Бекабадского цементного комбината (УзССР). Программа проста, в принципе ее можно усложнить, если будут найдены пути дальнейшей опти мизации.
Таким образом, система автоматической стабилиза ции состоит из радиоизотопного датчика состояния об мазки и исполнительного механизма, управляемого ре лейной схемой, работающей по определенной программе.
В связи с тем что система представляет определен ный практический интерес, ниже даются краткое описа ние ее работы и основные результаты, полученные при промышленной проверке.
Работа схемы
Основное устройство состоит из двух взаимно свя занных частей: блока помехозащиты и блока ручного и автоматического управления положением форсунки печи (рис. 10. 2 ) . - " -
Блок помехозащиты служит для дифференцирований
случайных помех от полезного сигнала;